Al摻雜ZnO薄膜的制備與光電性質(zhì)研究.pdf

1、氧化鋅(ZnO)是一種具有六方纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)的寬禁帶II-VI族半導(dǎo)體材料，由于其優(yōu)良的特性，在太陽能電池、紫外探測器、聲表面波器件、氣敏傳感器、透明電極等方面得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，由于Al摻雜的ZnO薄膜(AZO)具有與ITO薄膜相比擬的光電性能(可見光區(qū)高透射率和低電阻率)，又因其價格較低以及在氫等離子體中的高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為替代昂貴的ITO薄膜的首選材料和當(dāng)前透明導(dǎo)電薄膜領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。 本文采用直流反應(yīng)磁控

2、濺射法用Zn(99.99％)摻Al(1.5％)靶制備出高質(zhì)量的Al摻雜的ZnO(AZO)薄膜，用 XRD、AFM 、SEM 、XPS和紫外可見、紅外分光光度計等測試手段對沉積的薄膜進(jìn)行了表征和分析。分析了AZO薄膜的導(dǎo)電機(jī)制，用Van der Pauw 方法對樣品的電學(xué)特性進(jìn)行了測量。研究了退火溫度和氧氬比對光電特性的影響。另外，研究了AZO 薄膜的塞貝克效應(yīng)和磁阻效應(yīng)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用直流反應(yīng)磁控濺射法制備的AZO薄膜，具

3、有較好的晶體結(jié)構(gòu)和光電特性。XRD表明，制備的薄膜為多晶，具有C軸擇優(yōu)取向。退火處理能使其結(jié)晶度提高。薄膜應(yīng)力隨著退火溫度的增加而減小，隨著氧氬比的增大而增大。AFM和SEM 表明，樣品表面較平整，粗糙度較小，且晶粒較致密。XPS分析表明：Zn元素僅是以氧化物的形式存在；Al元素含量較少；Ar+刻蝕能使AZO薄膜表面吸附的游離態(tài)氧減少。 薄膜的光譜分析結(jié)果表明：薄膜樣品的可見光透射率平均值均在80％以上，隨著退火溫度的升高，薄膜

4、的透射率稍微增大，且薄膜光吸收邊向短波方向移動。但是氧氬比的大小對薄膜的透射率影響不大。AZO薄膜在紫外有很強(qiáng)的吸收峰，在紅外區(qū)域，其反射率可達(dá)70％。 薄膜的電學(xué)性能分析結(jié)果表明， AZO薄膜的電阻率受退火溫度和氧氬比的影響較大。隨著退火溫度的升高，電阻率減小，載流子濃度和遷移率增大。隨著氧氬比的增大，電阻率增大，遷移率減小。 由以上對AZO薄膜的組織結(jié)構(gòu)和光電性質(zhì)的研究，我們得到了用直流反應(yīng)磁控濺射法制備AZO薄膜的

5、最佳工藝條件為：氧氬比0.3/27，襯底溫度200℃，工作壓強(qiáng)5Pa，靶基距7.5cm，功率58W，退火溫度400℃。在此條件下制備的AZO薄膜其透射率高達(dá)90％，電阻率可降至10-4W.cm。因此AZO薄膜具有低電阻率、高透射率和高反射率等特點(diǎn)，可作為透明電極用于光電器件中。 AZO薄膜的塞貝克效應(yīng)的結(jié)果表明：AZO薄膜具有明顯的塞貝克效應(yīng)，溫差電動勢隨著溫差 的增大而呈線性增大。樣品的電阻越大，溫差電動勢率越小。退火處理后，